Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС)

 

Практика создания и развития ВС привела к необходимости разработки стандартов по всему комплексу вопросов организации сетевых систем. В 1978 году Международная

организация по стандартизации (МОС) предложила семиуровневую эталонную модель взаимодействия открытых систем (ВОС), которая получила широкое распространение и признание. Данный стандарт определяет:

- понятия и основные термины, используемые при построении открытых систем;

- описание возможностей и набора конкретных услуг, которые должна предоставлять открытая система;

- логическую структуру открытых систем; протоколы, обеспечивающие услуги открытых систем.

В соответствии со стандартом 7498, открытой системой считается система, отвечающая требованиям эталонной модели взаимодействия открытых систем, реализующая стандартный набор услуг и поддерживаемая стандартными протоколами.

Основной задачей модели ВОС является описание множества функций, определяющих правил взаимодействия открытых систем. При этом широко используется понятие «процесс», определяемый как динамический объект, реализующий целенаправленный акт обработки информации.

Принято подразделять процессы на прикладные и системные. Прикладной процесс отождествляется с реализацией определенных процедур, связанных с переработкой информации при решении пользовательских задач. Системные процессы определяют выполнение вспомогательных функций, связанных с обеспечением прикладных процессов.

Ввод данных, необходимых процессу, и вывод данных производится в форме сообщений через логические (программно-организованные) точки, называемые портами. Различают входные и выходные порты. Через входные порты осуществляется ввод данных для данного процесса, через выходные порты текущий процесс выдает результат обработки данных. Промежуток времени, в течение которого взаимодействуют процессы, называются сеансом обмена или сессией.

Основу модели ВОС составляет концепция многоуровневой организации протоколов, которую модно рассматривать в качестве дальнейшего развития многоуровневой организации протоколов систем телеобработки. Существенной особенностью модели взаимодействия открытых систем является разработка и использование единого подхода и организации протоколов и интерфейсов различных уровней. В соответствии с данной концепцией каждому уровню ставится в соответствие набор определенных функций, связанных с решением конкретной задачи по организации взаимодействия открытых систем. Нумерация уровней осуществляется относительно физических средств соединения, то есть первый номер присваивается физическому уровню, а наибольший номер – прикладному (пользовательскому) уровню. Каждый уровень с меньшим номером считается вспомогательным для смежного с ним более высокого уровня и предоставляет ему определенный набор услуг, называемых сервисом. Следует подчеркнуть, что эталонная модель не определяет средства реализации протоколов, а только специфирует их. Таким образом, функции каждого уровня могут быть реализованы различными программными и аппаратными средствами. Основным условием при этом является то, что взаимодействие между любыми смежными уровнями должно быть четко определено, то есть должно осуществляется через точку доступа посредством стандартного межуровневого интерфейса.

Точка доступа является портом, в котором объект N-го уровня предоставляет услуги (N + 1)-му уровню. Это достаточно важное условие определяет возможность изменения системы в целом, что является одним из основных условий построения открытых систем.

Структурной единицей данных, передаваемых между уровнями, является так называемый протокольный блок данных, состоящий из управляющего поля, называемого заголовком, и поля данных. Заголовок N-го блока содержит управляющую информацию, формируемую на N-ом уровне. Содержимое поля данных N-го уровня представляет собой блок данных (N + 1)-го уровня. Таким образом, формируется вложенная структура, при которой протокольные блоки данных, начиная с верхнего уровня, вкладываются друг в друга. При передаче данных в обратном направлении происходит обратная процедура «распаковки» блоков.

При разработке эталонной модели число ее уровней определялось из следующих соображений:

- разбивка на уровне должна максимально отражать логическую структуру компьютерной сети;

- межуровневые границы должны быть определены таким образом, чтобы обеспечивались минимальное число и прирост межуровневых связей;

- большое количество уровней, с одной стороны, упрощает внесение изменений в систему, с другой стороны, увеличивает количество межуровневых протоколов и затрудняет описание модели в целом.

С учетом вышеизложенного МОС была предложена 7-уровневая модель ВОС (рис. 9).

Основным с точки зрения пользователя является (седьмой) прикладной уровень, который обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей и определяет семантику данных, то есть смысловое содержание информации, которой обмениваются открытые системы в процессе их взаимодействия. С этой целью данный уровень, кроме протоколов взаимодействия, прикладных процессов, поддерживает протоколы передачи файлов, виртуального терминала, электронной почты и им подобные.

Следующий (шестой) уровень представительский (уровень представления данных) определяет единый для всех открытых систем синтаксис (то есть представление данных) передаваемой информации. Необходимость данного уровня обусловлена различной формой представления информации в сети передачи данных и компьютерах. Данный уровень играет важную роль в обеспечении «открытости» систем, позволяя им общаться между собой, независимо от их внутреннего языка, и гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе.

Сеансовый (пятый) уровень реализует организацию сеансов связи между прикладными процессами, расположенными в различных абонентских системах. На данном уровне создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения – логические каналы между процессами. Необходимость протоколов данного уровня определяется относительной сложностью сети передачи данных и стремлением обеспечить достаточно высокую надежность передачи данных. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи.

Три верхних уровня объединяются под общим названием – процесс или прикладной процесс. Эти уровни определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы.

Транспортный (четвертый) уровень (уровень сквозной передачи) служит для обеспечения передачи данных между двумя взаимодействующими открытыми системами и организации процедуры сопряжения абонентов сети с системой передачи данных. На этом уровне определяется взаимодействие абонентских систем – источника и адресата данных, организуется и поддерживается логический канал (транспортное соединение) между абонентами.

Сетевой (третий) уровень предназначен для обеспечения процессов маршрутизации информации и управления сетью передачи данных. Здесь решаются вопросы управления сетью передачи данных, в том числе маршрутизация и управление информационными потоками. Он также отвечает за информатизацию пакетов в коммутационной сети и за связь между сетями – реализует межсетевое взаимодействие.

Канальный (второй) уровень обеспечивает функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и расторжения соединений на уровне каналов передачи данных. Процедуры канального уровня обнаружение и, по возможности, исправление ошибок, возникающих на физическом уровне.

Физический (первый) уровень обеспечивает технические, электрические, функциональные и процедурные средства организации физических соединений при передаче данных между физическими объектами. Его основная задача – управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи.

Четыре нижних уровня эталонной модели образуют транспортную службу компьютерной сети, которая обеспечивает передачу («транспортировку») информации между абонентскими системами, освобождая более высокие уровни от решения этих задач. В свою очередь, три верхних уровня, обеспечивающие логическое взаимодействие прикладных процессов, функционально объединяются в абонентскую службу.

Работы по совершенствованию эталонной модели ВОС для ЛВС привели к декомпозиции уровней 1 и 2 (рис. 10). Канальный уровень разделен на два подуровня: подуровень управления логическим каналом LLC (Local Link Control), то есть выполняет функции соответственно канального уровня (передача кадров между рабочими станциями, включая исправление ошибок, диагностика работоспособности узлов сети) и подуровень управления доступом к передающей среде MAC (Media Access Control), то есть реализация алгоритма доступа к среде и адресация станции сети.

Физический уровень делится на три подуровня: передачи физических сигналов, интерфейса с устройством доступа и подключения к физической среде.

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели ВОС (рис. 10). Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок – служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Канальный уровень кроме заголовка добавляет еще и концевик – контрольную последовательность, которая используется для проверки правильности приема сообщений из коммуникационной сети.

Физический уровень заголовка не добавляет. Сообщение, обрамленное заголовками и концевиком, уходит в коммуникационную сеть и поступает на абонентское ЭВМ вычислительной сети. Каждая абонентская ЭВМ, принявшая сообщение, дешифрует адреса и определяет, предназначено ли ей данное сообщение. При этом в абонентской ЭВМ происходит обратный процесс – чтение и отсечение заголовков уровнями модели ВОС. Каждый уровень реагирует только на свой заголовок. Заголовки верхних уровней нижними уровнями не воспринимаются и не изменяются – они «прозрачны» для нижних уровней. Так, перемещаясь по уровням модели ВОС, информация, наконец, поступает к процессору, которому она была адресована.

В ЛВС процедуры управления на физическом, канальном и транспортном уровнях не отличаются сложностью, в связи с чем эти уровни управления реализуются в основном техническими средствами, называемыми станциями локальной сети (СЛС) и адаптерами ЛВС. По существу, адаптер вместе с физическим каналом образует информационный моноканал, к которому подключаются системы сети, выступающие в качестве абонентов моноканала.

Основное достоинство семиуровневой модели ВОС заключается в том, что в процессе развития и совершенствования любой системы возникает потребность изменять ее отдельные компоненты, а это вызывает изменение в других компонентах системы, что существенно усложняет и затрудняет процесс модернизации системы. В семиуровневой модели ВОС, где между уровнями определены однозначно интерфейсы, изменение одного из уровней не влечет за собой необходимости внесения изменений в другие уровни. Таким образом, существует относительная независимость уровней друг от друга.

Функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы либо в аппаратуре, либо в виде программ.

Функции физического уровня реализуются в аппаратуре. Это адаптеры, мультиплексоры передачи данных, сетевые платы и т.д.

Функции остальных уровней реализуются в виде программных модулей – драйверов.